JP2019184463A - ガスセンサ素子の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】センサ素子の検出ばらつきを低減可能なガスセンサ素子の製造方法を提供する。【解決手段】ガスセンサ素子の製造方法は、昇温工程Ｓ１０２と、電流測定工程Ｓ１０３、Ｓ１０７、Ｓ１０９、Ｓ１１１と、調整工程Ｓ１０６、Ｓ１０８、Ｓ１１０と、を備える。昇温工程は、ヒータに通電し、固体電解質層を昇温する。電流測定工程は、第１電極および第２電極に電圧を印加し、限界電流を測定する。調整工程は、限界電流が最終規格範囲内となるように、超短パルスレーザを用いて拡散抵抗層を除去することで、導入経路の距離である拡散距離を調整する。電流測定工程にて限界電流を測定し、限界電流が最終規格範囲内となるように、拡散抵抗層を除去するので、ガスセンサ素子ごとの検出ばらつきを低減することができる。【選択図】図４
Description
本発明は、ガスセンサ素子の製造方法に関する。
従来、レーザビームによるワークピースの処理方法が知られている。例えば特許文献１では、超短パルスレーザを用い、所望の除去幾何学的形状でのレーザ打ち抜きを行う。
ところで、例えばガスセンサ素子を製造する場合、検出する電流等の物理量が所望の値となるように加工することが望ましい。しかしながら特許文献１では、幾何学的形状以外の物性について、何ら言及されていない。本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、センサ素子の検出ばらつきを低減可能なガスセンサ素子の製造方法を提供することにある。
本発明のガスセンサ素子（１０）の製造方法は、昇温工程（Ｓ１０２）と、電流測定工程（Ｓ１０３、Ｓ１０７、Ｓ１０９、Ｓ１１１）と、調整工程（Ｓ１０６、Ｓ１０８、Ｓ１１０）と、を備える。ガスセンサ素子は、固体電解質層（１２）、第１電極（１３）、第２電極（１４）、ヒータ（１５）、および、拡散抵抗層（１１）を有し、第１電極と第２電極との間に流れる電流である限界電流に基づいて特定イオンの濃度を検出可能である。
固体電解質層は、測定ガス中の特定イオンを伝導可能である。第１電極は、固体電解質層の測定ガスが導入される側の面である第１主面（１２１）に設けられる。第２電極は、固体電解質層の第１主面と反対側の面である第２主面（１２２）に設けられる。ヒータは、第２主面側に設けられ、固体電解質層を昇温する。拡散抵抗層は、第１電極が設けられる箇所へ測定ガスを導入する導入経路に設けられ、測定ガスを透過可能である。
昇温工程では、ヒータに通電し、固体電解質層を昇温する。電流測定工程では、第１電極および第２電極に電圧を印加し、限界電流を測定する。調整工程では、限界電流が所定範囲内となるように、超短パルスレーザを用いて拡散抵抗層を除去することで、導入経路の距離である拡散距離を調整する。
本発明では、電流測定工程にて限界電流を測定し、限界電流が所定範囲内となるように拡散抵抗層を除去するので、ガスセンサ素子ごとの検出ばらつきを低減可能である。
（一実施形態）
以下、ガスセンサ素子の製造方法を図面に基づいて説明する。図１に示すように、一実施形態によるガスセンサ１は、ガスセンサ素子１０、ハウジング３０、第１絶縁碍子３１、第２絶縁碍子３２、カバー３３、接点端子３４、リード線３５、ブッシュ３６、内側カバー３７、および、外側カバー３８等を備える。本実施形態では、ガスセンサ１は、図示しない車両の排気管に配置され、大気を基準ガスとし、検出ガスである排ガス中の酸素濃度を検出することで、内燃機関の空燃比の検出に用いられる。図１において、紙面上側を基端側、紙面下側を先端側とする。
以下、ガスセンサ素子の製造方法を図面に基づいて説明する。図１に示すように、一実施形態によるガスセンサ１は、ガスセンサ素子１０、ハウジング３０、第１絶縁碍子３１、第２絶縁碍子３２、カバー３３、接点端子３４、リード線３５、ブッシュ３６、内側カバー３７、および、外側カバー３８等を備える。本実施形態では、ガスセンサ１は、図示しない車両の排気管に配置され、大気を基準ガスとし、検出ガスである排ガス中の酸素濃度を検出することで、内燃機関の空燃比の検出に用いられる。図１において、紙面上側を基端側、紙面下側を先端側とする。
ハウジング３０は、図示しない排気管に取り付けられる。第１絶縁碍子３１は、ハウジング３０の径方向内側に設けられ、絶縁碍子４１およびタルク４２により、ハウジング３０に保持される。第１絶縁碍子３１には、軸方向に貫通する挿通孔３１１が形成される。挿通孔３１１の基端側には、凹部３１２が形成される。挿通孔３１１には、ガスセンサ素子１０が挿通される。凹部３１２には、ガラス３１３が充填され、ガスセンサ素子１０が、先端側および基端側が第１絶縁碍子３１から突出した状態にて、第１絶縁碍子３１に保持される。これにより、ガスセンサ素子１０とハウジング３０との間の絶縁が確保される。
第２絶縁碍子３２は、第１絶縁碍子３１の基端側に設けられ、接点端子３４を保持する。カバー３３は、ハウジング３０の基端側の径方向外側に設けられ、内部に絶縁碍子３２、接点端子３４およびリード線３５等を収容する。
接点端子３４は、ガスセンサ素子１０およびリード線３５に接続される。リード線３５は、ブッシュ３６に保持され、限界電流測定器５２および昇温制御器５１と接続される。ブッシュ３６は、ガスセンサ１の基端側に設けられ、リード線３５が挿通される。
カバー３７、３８は、ハウジング３０の先端側に設けられる。内側カバー３７は、基端側に開口する略有底筒状に形成され、第１絶縁碍子３１の先端側に嵌合する。内側カバー３７には、ガスセンサ素子１０の先端側が収容される。外側カバー３８は、基端側に開口する略有底筒状に形成され、内側カバー３７の外側に設けられる。これにより、ガスセンサ素子１０の先端側は、カバー３７、３８にて２重に覆われる。外側カバー３８の基端側は、内側カバー３７とハウジング３０との間に嵌まり合っている。カバー３７、３８には、複数の排ガス導入口３７１、３８１が形成される。これにより、内側カバー３７の内部に排ガスが導入される。
図２に示すように、ガスセンサ素子１０は、拡散抵抗層１１、固体電解質層１２、第１電極１３、第２電極１４、ヒータ１５、絶縁層１６、第１遮蔽層１７、および、第２遮蔽層１８等を備え、全体として細長い平板状に形成される。図２は、模式的な断面図であって、紙面上方向が先端側である。図２中では図示を省略しているが、検出ガスを透過可能な多孔質体にて形成される保護層を遮蔽層１７、１８の外側に設けてもよい。なお、説明のため、各層の厚み等は、適宜変更している。その他の図についても同様である。
拡散抵抗層１１は、ガスセンサ素子１０の先端側であって、固体電解質層１２と第１遮蔽層１７との間に設けられる。拡散抵抗層１１は、例えば多孔質の酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）により、検出ガスを透過可能に形成される。拡散抵抗層１１の先端面１１１には、凹部１１２が形成される。拡散抵抗層１１を設けることで、検出ガス室２１への検出ガスの流入を律速する。
固体電解質層１２は、活性化温度にて酸素イオン伝導性を有する素材にて板状に形成される。本実施形態では、酸素イオンが「特定イオン」に対応する。固体電解質層１２は、ジルコニア（ＺｒＯ2）を主成分として形成される。固体電解質層１２の第１遮蔽層１７側の面を第１主面１２１、第１主面１２１と反対側の面を第２主面１２２とする。第１主面１２１には第１電極１３が設けられ、第２主面１２２には第２電極１４が設けられる。電極１３、１４は、白金電極である。電極１３、１４は、リード線３５を経由して、限界電流測定器５２（図３参照）と接続される。
第１主面１２１側には、固体電解質層１２、第１遮蔽層１７および拡散抵抗層１１の基端側にて区画される検出ガス室２１が形成される。検出ガス室２１には、先端側から、拡散抵抗層１１を経由して、測定ガスである排ガスが導入される。第２主面１２２側には、固体電解質層１２および絶縁層１６にて区画される基準ガス室２２が形成される。基準ガス室２２には、基端側から基準ガスである大気が導入される。検出ガス室２１には第１電極１３が配置され、基準ガス室２２には第２電極１４が配置される。本実施形態では、第１遮蔽層１７が「遮蔽層」に対応する。
ヒータ１５は、絶縁層１６の固体電解質層１２とは反対側の面に設けられる。絶縁層１６の固体電解質層１２とは反対側の面には、ヒータ１５を保護する第２遮蔽層１８が設けられる。ヒータ１５は、例えば白金にて形成され、リード線３５を経由して、昇温制御器５１（図３参照）と接続される。ヒータ１５に通電することで、固体電解質層１２を活性化温度まで加熱し、保温する。活性化温度にて、検出ガスと基準ガスとに酸素濃度差があると、電極１３、１４間に電流が流れる。電極１３、１４間の電流を検出することで、検出ガス中の酸素濃度を測定可能である。以下、酸素濃度に比例して電極１３、１４間に流れる電流を、限界電流ＩＬとする。
本実施形態では、排ガスは、拡散抵抗層１１を経由して検出ガス室２１に導入される。また、拡散抵抗層１１は、多孔質にて形成されるため、拡散抵抗層１１の物性等により、限界電流ＩＬにばらつきが生じる。また、限界電流ＩＬは、拡散距離Ｌｄによっても異なる。本実施形態では、凹部１１２から第１電極１３に至る経路が導入経路であって、導入経路の最短距離を拡散距離Ｌｄとする。図２の例では、拡散距離Ｌｄは、拡散抵抗層１１の凹部１１２の最底部と、第１電極１３の先端側の端部との間の距離である。
本実施形態では、所定の電圧が印加されたときの限界電流ＩＬが一定となるように、同一装置内にて、活性化温度にて限界電流ＩＬを測定しながら、拡散距離Ｌｄを調整する。具体的には、限界電流ＩＬの測定を行いながら、超短パルスレーザを用いて拡散抵抗層１１を加工することで、拡散距離Ｌｄを調整する。超短パルスレーザは、パルス幅が数ピコ秒〜数フェムト秒のレーザである。超短パルスレーザを用いることで、光子エネルギが熱に変換されることがないので、非熱加工が可能である。
図３に示すように、本実施形態の製造装置５０は、昇温制御器５１、限界電流測定器５２、加工条件制御器５３、および、レーザ照射装置５５等を備える。昇温制御器５１は、ヒータ１５への通電を制御することで、活性化温度範囲内の所定温度（例えば９５０℃）に昇温し、保温する。限界電流測定器５２は、電極１３、１４に所定電圧を印加したときの限界電流ＩＬを測定する。
加工条件制御器５３は、限界電流測定器５２から限界電流検出値ＩＬ＿ｓｎｓを取得し、限界電流検出値ＩＬ＿ｓｎｓに基づいて、レーザ照射条件を決定する。本実施形態では、限界電流検出値ＩＬ＿ｓｎｓに基づき、レーザフルエンスＬＦを決定する。
レーザ照射装置５５は、出力が可変であって、加工条件制御器５３にて決定された加工条件にて、超短パルスレーザをガスセンサ素子１０に照射する。ガスセンサ素子１０は、先端側がレーザ照射装置５５を向いた状態にて、ワーク保持部５６に保持され、先端面に超短パルスレーザが照射される。本実施形態では、後述する限界電流測定工程、粗加工工程、中加工工程および仕上げ加工工程を、例えば冷却工程や装置の移動を行うことなく、同一の製造装置５０内にて、ガスセンサ素子１０がワーク保持部５６に保持された状態で一連の処理を実施する。
本実施形態のガスセンサ素子１０の製造方法を図４のフローチャートに基づいて説明する。図４で行われる処理は、拡散距離調整処理であって、製造装置５０にて実施される。以下適宜、ガスセンサ素子１０を「ワーク」という。Ｓ１０１では、ワークが製造装置５０に投入される。
Ｓ１０２では、昇温制御器５１は、ヒータ１５に通電することで、ワークが所定温度となるように制御する。ここでは、通電開始から所定の昇温待機時間が経過した場合、ワークが所定温度に到達したとみなし、Ｓ１０３へ移行する。以降、昇温制御器５１は、ワークが所定温度にて保持されるように、ヒータ１５への通電を制御する。
Ｓ１０３では、加工条件制御器５３は、限界電流ＩＬを測定可能な所定電圧を印加したときの限界電流ＩＬを測定する。Ｓ１０３で測定される限界電流ＩＬを、加工前限界電流とする。Ｓ１０４では、限界電流測定器５２は、加工前限界電流が加工前規格範囲Ｒｓ内か否かを判断する。加工前限界電流が加工前規格範囲Ｒｓ外であると判断された場合（Ｓ１０４：ＮＯ）、Ｓ１０５へ移行し、不良ワークを排出する。加工前限界電流が加工前規格範囲Ｒｓ内であると判断された場合（Ｓ１０４：ＹＥＳ）、Ｓ１０６へ移行する。
Ｓ１０６では、加工条件制御器５３は、粗加工条件をレーザ照射装置５５に指令する。レーザ照射装置５５は、粗加工条件の超短パルスレーザをワークに照射する。粗加工条件のレーザフルエンスＬＦを値ｆ１とする。値ｆ１は、ガスセンサ素子１０の先端側の端面において、拡散抵抗層１１の先端面１１１の全体を除去可能な程度の値である。
Ｓ１０７では、加工条件制御器５３は、粗加工が完了したか否かを判断する。本実施形態では、限界電流ＩＬが第１規格値Ｉ１以上の場合、粗加工が完了したと判断する。粗加工が完了していないと判断された場合（Ｓ１０７：ＮＯ）、Ｓ１０６へ戻り、粗加工を継続する。粗加工が完了したと判断された場合（Ｓ１０７：ＹＥＳ）、Ｓ１０８へ移行する。なお、限界電流ＩＬが第２規格値Ｉ２より大きい場合、中加工を省略し、仕上げ加工を実施する。
Ｓ１０８では、加工条件制御器５３は、中加工条件をレーザ照射装置５５に指令する。レーザ照射装置５５は、中加工条件の超短パルスレーザをワークに照射する。中加工条件のレーザフルエンスＬＦを、値ｆ１より小さい値ｆ２とする。
Ｓ１０９では、加工条件制御器５３は、中加工が完了したか否かを判断する。本実施形態では、限界電流ＩＬが、第１規格値Ｉ１より大きい第２規格値Ｉ２以上の場合、中加工が完了したと判断する。中加工が完了していないと判断された場合（Ｓ１０９：ＮＯ）、Ｓ１０８へ戻り、中加工を継続する。中加工が完了したと判断された場合（Ｓ１０９：ＹＥＳ）、Ｓ１１０へ移行する。
Ｓ１１０では、加工条件制御器５３は、仕上げ加工条件をレーザ照射装置５５に指令する。レーザ照射装置５５は、仕上げ加工条件の超短パルスレーザをワークに照射する。仕上げ加工条件のレーザフルエンスＬＦは、値ｆ２より小さい値ｆ３であって、拡散抵抗層１１の先端面１１１の一部を除去可能な程度の値である。
Ｓ１１１では、加工条件制御器５３は、仕上げ加工が完了したか否かを判断する。本実施形態では、限界電流ＩＬが最終規格範囲Ｒｌ内の場合、仕上げ加工が完了したと判断する。仕上げ加工が完了していないと判断された場合（Ｓ１１１：ＮＯ）、Ｓ１１０へ移行し、仕上げ加工を継続する。仕上げ加工が完了したと判断された場合（Ｓ１１１：ＹＥＳ）、Ｓ１１２へ移行し、ワークを冷却し、本処理を終了する。本実施形態では、最終規格範囲Ｒｌが「所定範囲」に対応する。
本実施形態による拡散距離調整処理をタイムチャートに基づいて説明する。図５では、横軸を時間とし、縦軸を限界電流およびレーザフルエンスとする。図５の例では、中加工を２段階に分けているが、１段階であってもよいし、３段階以上としてもよい。粗加工工程および仕上げ加工工程についても複数段階に分けてもよい。なお、加工条件の変更の際、所定のインターバルが必要であるが、説明の簡略化のため、インターバルは無視する。
時刻ｔ０にて、加工前限界電流が加工前規格範囲Ｒｓ内であるので、拡散距離調整処理を開始する。時刻ｔ０の限界電流ＩＬは、第１規格値Ｉ１より小さいので、照射するレーザフルエンスＬＦを値ｆ１とし、限界電流ＩＬを測定しながら、拡散抵抗層１１に超短パルスレーザを照射する。超短パルスレーザの繰り返し周波数は、任意に設定可能である。中加工工程および仕上げ加工工程においても同様である。また、工程毎に繰り返し周波数等のレーザフルエンス以外の条件を変更してもよい。粗加工工程では、図６に示すように、拡散抵抗層１１の先端面１１１の全体が除去される。なお、図６および図７では、超短パルスレーザ照射により除去される範囲を梨地で模式的に示している。
時刻ｔ１にて、限界電流ＩＬが第１規格値Ｉ１以上になると、中加工工程に移行し、レーザフルエンスＬＦを値ｆ１から値ｆ２＿１に変更する。また、限界電流ＩＬが中間規格値Ｉ２＿ｍ以上になると、レーザフルエンスを値ｆ２＿１から値ｆ２＿２に変更する。中加工工程にて除去される範囲は、仕上げ加工工程にて除去される範囲より大きく、照射する超短パルスレーザのエネルギ密度に応じ、拡散抵抗層１１の先端面１１１の全体が除去されてもよいし、部分的に除去されてもよい。
時刻ｔ３にて限界電流ＩＬが第２規格値Ｉ２以上になると、仕上げ加工工程に移行し、レーザフルエンスＬＦを値ｆ３に変更する。仕上げ加工工程では、図７に示すように、拡散抵抗層１１の先端面が部分的に除去される。時刻ｔ４にて、限界電流ＩＬが最終規格範囲Ｒｌ内となると、超短パルスレーザの照射を終了する。
本実施形態では、限界電流ＩＬをモニタしながら、超短パルスレーザを照射して拡散抵抗層１１を除去する「リアルタイムトリミング」により、拡散距離Ｌｄを調整している。これにより、素子間の検出ばらつきを低減可能である。また、限界電流ＩＬが大きくなるほど、照射エネルギを小さくしている。これにより、拡散距離Ｌｄの調整に要する加工時間を短縮可能である。
以上説明したように、本実施形態のガスセンサ素子１０は、固体電解質層１２、第１電極１３、第２電極１４、ヒータ１５、および、拡散抵抗層１１を有し、第１電極１３と第２電極１４との間に流れる電流である限界電流ＩＬに基づいて特定イオンの濃度を検出可能である。固体電解質層１２は、測定ガス中の特定イオンを伝導可能である。本実施形態の特定イオンは酸素イオンである。第１電極１３は、固体電解質層１２の測定ガスが導入される側の面である第１主面１２１に設けられる。第２電極１４は、固体電解質層１２の第１主面１２１と反対側の面である第２主面１２２に設けられる。ヒータ１５は、第２主面１２２側に設けられ、固体電解質層１２を昇温する。拡散抵抗層１１は、第１電極１３が設けられる箇所へ測定ガスを導入する導入経路に設けられ、測定ガスを透過可能である。
本実施形態のガスセンサ素子１０の製造方法は、昇温工程と、電流測定工程と、調整工程と、を備える。昇温工程は、ヒータ１５に通電し、固体電解質層１２を昇温する。電流測定工程は、第１電極１３および第２電極１４に電圧を印加し、限界電流ＩＬを測定する。調整工程は、限界電流ＩＬが最終規格範囲Ｒｌ内となるように、超短パルスレーザを用いて拡散抵抗層１１を除去することで、導入経路の距離である拡散距離Ｌｄを調整する。
本実施形態の製造方法では、電流測定工程にて限界電流ＩＬを測定し、限界電流ＩＬが最終規格範囲Ｒｌ内となるように、拡散抵抗層１１を除去するので、ガスセンサ素子１０ごとの検出バラツキを低減することができる。
電流測定工程は、調整工程と同一の製造装置５０内において、調整工程を行っているときに継続的に行われる。ここで、「継続的に行われる」とは、限界電流ＩＬを連続的にモニタリングしていてもよいし、所定の頻度で断続的に限界電流ＩＬをサンプリングしてもよい。これにより、電流測定工程と調整工程とを別途に実施する場合と比較し、工程が統合されることにより、製造工数を低減することができる。
調整工程において、限界電流ＩＬに応じ、超短パルスレーザの出力を可変とする。本実施形態では、調整工程には、全体除去工程と、部分除去工程と、が含まれる。ここで、拡散抵抗層１１において、超短パルスレーザが照射される先端面１１１を照射面とする。全体除去工程では、限界電流ＩＬが相対的に小さいとき、照射面の全体を除去する。部分除去工程では、限界電流ＩＬが相対的に大きいとき、全体除去工程よりも小さい出力の超短パルスレーザを照射し、照射面を部分的に除去する。これにより、製造時間を短縮可能である。
ガスセンサ素子１０は、第１電極１３を保護する第１遮蔽層１７を有し、固体電解質層１２、第１遮蔽層１７および拡散抵抗層１１により区画され、第１電極１３が配置される検出ガス室２１が形成される。検出ガス室２１を形成することで、検出ガス室２１を設けない場合と比較し、排ガスを速やかに第１電極１３まで導入することができる。これにより、検出速度が速まるので、例えば気筒毎の排ガス中の酸素濃度を検出可能である。
ガスセンサ素子１０は、第２電極１４とヒータ１５との間に設けられる絶縁層１６を有し、固体電解質層１２および絶縁層１６により区画され、第２電極１４が配置される基準ガス２２が形成される。基準ガス室２２を形成することで、基準ガス室２２を設けない場合と比較し、検出範囲を広げることができる。
拡散抵抗層１１は、棒状に形成されるガスセンサ素子１０の長手方向の先端に設けられる。これにより、ガスセンサ１を排気管に組み付けたときの組み付け誤差の影響が低減されるので、測定誤差を低減可能である。
本実施形態では、Ｓ１０２が「昇温工程」、Ｓ１０３、Ｓ１０７、Ｓ１０９およびＳ１１１が「電流測定工程」、Ｓ１０６、Ｓ１０８およびＳ１１０が「調整工程」に対応する。また、Ｓ１０６が「全体除去工程」、Ｓ１１０が「部分除去工程」に対応する。また、昇温工程は昇温制御器５１により実行され、電流測定工程は限界電流測定器５２により実行され、調整工程は加工条件制御器５３およびレーザ照射装置５５にて実行される。
（他の実施形態）
上記実施形態では、拡散抵抗層１１は、ガスセンサ素子１０の先端に設けられ、超短レーザ照射により凹部１１２を形成することで、拡散距離Ｌｄを調整する。他の実施形態では、図８に示すように、拡散抵抗層１１の先端面１１１の全体を除去することで、拡散距離Ｌｄを調整してもよい。すなわち、加工後の拡散抵抗層１１の先端面が平面状であってもよい。また、図９に示すように、拡散抵抗層１１の外周側を除去することで、拡散距離Ｌｄを調整してもよい。すなわち、加工後の拡散抵抗層１１の先端面が凸状であってもよい。図８および図９では、拡散抵抗層１１、固体電解質層１２、第１電極１３および第１遮蔽層１７以外の記載を省略した。また、図１０に示すように、拡散抵抗層１１を、ガスセンサ素子１０の側面に設けてもよい。
上記実施形態では、拡散抵抗層１１は、ガスセンサ素子１０の先端に設けられ、超短レーザ照射により凹部１１２を形成することで、拡散距離Ｌｄを調整する。他の実施形態では、図８に示すように、拡散抵抗層１１の先端面１１１の全体を除去することで、拡散距離Ｌｄを調整してもよい。すなわち、加工後の拡散抵抗層１１の先端面が平面状であってもよい。また、図９に示すように、拡散抵抗層１１の外周側を除去することで、拡散距離Ｌｄを調整してもよい。すなわち、加工後の拡散抵抗層１１の先端面が凸状であってもよい。図８および図９では、拡散抵抗層１１、固体電解質層１２、第１電極１３および第１遮蔽層１７以外の記載を省略した。また、図１０に示すように、拡散抵抗層１１を、ガスセンサ素子１０の側面に設けてもよい。
上記実施形態では、第１遮蔽層と固体電解質層との間に、測定ガス室が形成される。他の実施形態では、測定ガス室が設けられず、第１電極が拡散抵抗層に接触して設けられていてもよい。また、上記実施形態では、固定電解質層と絶縁層との間に基準ガス室が形成される。他の実施形態では、基準ガス室が設けられず、第２電極が絶縁層に接触して設けられていてもよい。その他、ガスセンサ素子の形状は、どのようであってもよい。また、上記実施形態では、ガスセンサ素子を空燃比センサとして用いる。他の実施形態では、空燃比センサ以外に適用してもよい。
上記実施形態では、同一の装置内にて、昇温工程、電流測定工程および調整工程が連続的に実施される。他の実施形態では、例えば、電流測定工程と調整工程とが別の装置にて実施され、電流測定工程と調整工程とを繰り返すようにしてもよい。以上、本発明は、上記実施形態になんら限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の形態で実施可能である。
１０・・・ガスセンサ素子
１１・・・拡散抵抗層 １２・・・固体電解質層
１２１・・・第１主面 １２２・・・第２主面
１３・・・第１電極 １４・・・第２電極
１５・・・ヒータ
５０・・・製造装置
５１・・・昇温制御器
５２・・・限界電流測定器
５３・・・加工条件制御器
５５・・・レーザ照射装置
１１・・・拡散抵抗層 １２・・・固体電解質層
１２１・・・第１主面 １２２・・・第２主面
１３・・・第１電極 １４・・・第２電極
１５・・・ヒータ
５０・・・製造装置
５１・・・昇温制御器
５２・・・限界電流測定器
５３・・・加工条件制御器
５５・・・レーザ照射装置
Claims (8)
- 測定ガス中の特定イオンを伝導可能である固体電解質層（１２）、前記固体電解質層の測定ガスが導入される側の面である第１主面（１２１）に設けられる第１電極（１３）、前記固体電解質層の前記第１主面と反対側の面である第２主面（１２２）に設けられる第２電極（１４）、前記第２主面側に設けられ前記固体電解質層を昇温するヒータ（１５）、および、前記第１電極が設けられる箇所へ測定ガスを導入する導入経路に設けられ、測定ガスを透過可能である拡散抵抗層（１１）を有し、前記特定イオンの濃度差に応じて前記第１電極と前記第２電極との間に流れる電流である限界電流に基づいて前記特定イオンの濃度を検出可能であるガスセンサ素子（１０）の製造方法であって、
前記ヒータに通電し、前記固体電解質層を昇温する昇温工程（Ｓ１０２）と、
前記第１電極および前記第２電極に電圧を印加し、前記限界電流を測定する電流測定工程（Ｓ１０３、Ｓ１０７、Ｓ１０９、Ｓ１１１）と、
前記限界電流が所定範囲内となるように、超短パルスレーザを用いて前記拡散抵抗層を除去することで、前記導入経路の距離である拡散距離を調整する調整工程（Ｓ１０６、Ｓ１０８、Ｓ１１０）と、
を備えるガスセンサ素子の製造方法。 - 前記電流測定工程は、前記調整工程と同一の製造装置（５０）内において、前記調整工程を行っているときに継続的に行われる請求項１に記載のガスセンサ素子の製造方法。
- 前記調整工程において、前記限界電流に応じ、超短パルスレーザの出力を可変とする請求項１または２に記載のガスセンサ素子の製造方法。
- 前記拡散抵抗層において、超短パルスレーザが照射される面を照射面とすると、
前記調整工程には、
前記限界電流が相対的に小さいとき、前記照射面の全体を除去する全体除去工程（Ｓ１０８）と、
前記限界電流が相対的に大きいとき、前記全体除去工程よりも出力の小さい超短パルスレーザを照射し、前記照射面を部分的に除去する部分除去工程（Ｓ１１０）と、
が含まれる請求項３に記載のガスセンサ素子の製造方法。 - 前記ガスセンサ素子は、前記第１電極を保護する遮蔽層（１７）を有し、
前記固体電解質層、前記遮蔽層および前記拡散抵抗層により区画され、前記第１電極が配置される検出ガス室（２１）が形成される請求項１〜４のいずれか一項に記載のガスセンサ素子の製造方法。 - 前記ガスセンサ素子は、前記第２電極と前記ヒータとの間に設けられる絶縁層（１６）を有し、
前記固体電解質層および前記絶縁層により区画され、前記第２電極が配置される基準ガス室（２２）が形成される請求項１〜５のいずれか一項に記載のガスセンサ素子の製造方法。 - 前記拡散抵抗層は、棒状に形成される前記ガスセンサ素子の長手方向の先端に設けられる請求項１〜６のいずれか一項に記載のガスセンサ素子の製造方法。
- 前記拡散抵抗層は、棒状に形成される前記ガスセンサ素子の側面に設けられる請求項１〜６のいずれか一項に記載のガスセンサ素子の製造方法。
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